DE19625967A1 - System zur Steuerung einer Servokupplung - Google Patents

System zur Steuerung einer Servokupplung

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Description

Stand der Technik
Das erfindungsgemäße System geht aus von einer Servokupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Solche automatische Kupplungen bzw. Servokupplungen sind beispielsweise bekannt aus "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Auflage, 1991, Seiten 538 und 539. Servokupplungen bieten in Verbindung mit elektronischen Steuergeräten und insbesondere zusammen mit servobetätigten Schaltgetrieben ein kostengünstiges vollautomatisches Getriebe. Bei solchen Servokupplungen wird das Öffnen und Schließen der Kupplung im allgemeinen durch einen Servoantrieb getätigt.
Bei konventionellen Schaltgetrieben ist der Rückwärtsgang im allgemeinen weder synchronisiert noch im Dauereingriff. Darüber hinaus ist der Rückwärtsgang mit gerade verzahnten Zahnrädern ausgeführt. Dadurch kann es beim Einlegen des Rückwärtsgangs zu Problemen kommen, wenn die Zahnflanken der dem Rückwärtsgang zugeordneten Zahnräder direkt aufeinander stehen. Ist dies der Fall, so kann der Rückwärtsgang nicht eingelegt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zu entwerfen, mit dem der Rückwärtsgang in jeder Situation sicher, komfortabel und getriebeschonend eingelegt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Wie erwähnt, geht die Erfindung aus von einem System zur Steuerung einer Servokupplung, die zwischen einem Fahrzeugmotor und einem wenigstens einen einlegbaren Rückwärtsgang aufweisenden Getriebe angeordnet ist. Zum Einlegen des Rückwärtsgangs müssen wenigstens zwei rotierbare Getriebeteile in einen ineinandergreifenden Zustand gebracht werden. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß zum Einlegen des Rückwärtsgangs die Servokupplung derart angesteuert wird, daß wenigstens eines der Getriebeteile in eine Rotationsbewegung versetzt wird.
Durch das erfindungsgemäße System kann in jedem Fall der Rückwärtsgang sicher, komfortabel und getriebeschonend eingelegt werden, da es nicht zu dem oben erwähnten statischen Aufeinanderstehen der Zahnflanken kommen kann. Dies betrifft auch das Einlegen des Rückwärtsgangs unter extremen Bedingungen (beispielsweise niedrige Temperatur, Fahrzeugneigungen). Durch die Erfindung kann man auch dann ein getriebeschonendes Einlegen des Rückwärtsgangs realisieren, wenn beispielsweise der Fahrzeugmotor im Leerlauf auf einem hohen Drehzahlniveau gehalten wird und dabei der Rückwärtsgang eingelegt werden soll.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Öffnen und Schließen der Servokupplung in an sich bekannter Weise mittels eines Ein- und Ausrückens eines von Steuermitteln gesteuerten ersten Stellgliedes geschieht. Das Getriebe weist dabei ein durch die Steuermittel gesteuertes zweites Stellglied auf, mittels dem zur Einlegung eines Rückwärtsgangs als Getriebeteile wenigstens zwei rotierbare Zahnräder in einen ineinandergreifenden Zustand gebracht werden. Die erfindungsgemäße Steuereinheit ist dann derart ausgelegt, daß das erste Stellglied in der Weise angesteuert wird, daß wenigstens eines der Zahnräder kurz vor dem Ineinandergreifen der Zahnräder in eine Rotationsbewegung versetzt wird.
Diese Rotationsbewegung kann dabei erfindungsgemäß durch eine Ansteuerung der Servokupplung in der Weise erreicht werden, daß auf ein Signal, das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgang repräsentiert, hin die Servokupplung vor dem Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird. Hierzu kann die oben erwähnte Steuereinheit derart ausgelegt sein, daß auf ein Signal, das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgang repräsentiert, hin das erste Stellglied vor dem Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird. Das Signal, das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgang repräsentiert, wird dabei im allgemeinen direkt durch den Fahrer initiiert.
Nach diesem im vorhergehenden Abschnitt erwähnten wenigstens teilweisen Schließen der Kupplung ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein weiterer Schritt vorgesehen, in dem die Servokupplung im Sinne eines wenigstens teilweisen Öffnens der Kupplung angesteuert wird. Hierzu kann die erwähnte Steuereinheit derart ausgelegt sein, daß nach dem wenigstens teilweisen Schließen der Kupplung das erste Stellglied im Sinne eines wenigstens teilweisen Öffnens der Kupplung angesteuert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Ansteuerung der Servokupplung abhängig von einer erfaßten Getriebedrehzahl geschieht. Die Getriebedrehzahl repräsentiert dabei insbesondere die Rotationsbewegung eines der Getriebeteile (Zahnräder), durch die der Rückwärtsgang realisiert wird. Hierzu ist die Steuereinheit derart ausgelegt, daß die Ansteuerung des ersten Stellgliedes abhängig von der erfaßten Getriebedrehzahl geschieht. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß durch das Schließen und/oder Öffnen der Servokupplung sehr genau der Drehzahlverlauf des eingreifenden Zahnrades dosiert werden kann. Hierdurch kann erreicht werden, daß eines der Zahnräder zum Zeitpunkt des Ineinandergreifens, also des eigentlichen Gangeinlegens, mit einer geringen Drehgeschwindigkeit rotiert. Selbst wenn sich im ungünstigsten Fall Zahnflanken gegenüberstehen, gleiten dadurch die gegenüberstehenden Zahnflanken aneinander ab und ermöglichen so das sichere, komfortable und getriebeschonende Einlegen des Rückwärtsgangs.
In einer weiteren Ausgestaltung geschieht die Ansteuerung der Servokupplung im Sinne des wenigstens teilweise Schließens der Kupplung derart, daß der Getriebedrehzahl auf einen vorgebbaren ersten Wert oder zum Erreichen eines vorgebbaren ersten Schwellwertes eingestellt wird. Hierzu ist die Steuereinheit derart ausgelegt, daß die Ansteuerung des ersten Stellgliedes zur Einstellung der Getriebedrehzahl auf einen vorgebbaren ersten Wert oder zum Erreichen eines vorgebbaren ersten Schwellwertes geschieht.
Das anschließende Öffnen der Kupplung kann dann zur Einstellung der Getriebedrehzahl auf einen vorgebbaren zweiten Wert oder zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes unternommen werden. Hierzu ist die Steuereinheit derart ausgelegt, daß die Ansteuerung des Stellgliedes im weiteren Schritt zur Einstellung der Getriebedrehzahl auf einen vorgebbaren zweiten Wert oder zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes geschieht.
Im Gegensatz zur beschriebenen drehzahlabhängigen Ansteuerung der Servokupplung kann auch vorgesehen sein, daß die Ansteuerung (beziehungsweise Ansteuerungen) der Servokupplung zeitgesteuert geschieht. Entsprechend ist die Steuereinheit ausgelegt. Diese Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, daß die Erfassung der Getriebedrehzahl nicht erforderlich ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ansteuerung der Servokupplung zur Einstellung eines vorgebbaren, insbesondere geringen, Wertes der Getriebedrehzahl geschieht. Dabei ist die Steuereinheit entsprechend ausgelegt. Insbesondere ist daran gedacht, daß durch Ansteuerung der Servokupplung die Getriebedrehzahl auf einen vorgebbaren, insbesondere geringen, dritten Wert geregelt wird. Diese Ausgestaltung setzt voraus, daß die Drehzahlinformation schon bei relativ geringen Drehzahlen zuverlässig vorhanden ist. Hierzu kann beispielsweise ein an sich bekannter Hall-Sensor zur Drehzahlerfassung verwendet werden. In diesem Fall kann der Kupplungsschlupf (beispielsweise im Sinne einer Regelung der Getriebedrehzahl auf den geringen Wert) derart eingestellt werden, daß das eingreifende Zahnrad eine bestimmte geringe Drehzahl aufweist. Ist diese Drehzahl eingestellt, so kann der Rückwärtsgang problemlos eingelegt werden, da wie oben erwähnt das Aufeinanderstehen der Zahnflanken verhindert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen zu entnehmen.
Zeichnung
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen Systems anhand eines Blockschaltbildes. In der Fig. 2 ist ein möglicher zeitlicher Ablauf der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zu sehen.
Ausführungsbeispiel
Anhand der im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele soll die Erfindung verdeutlicht werden.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Servokupplung 11 eingebaut in ein Gesamtsystem.
In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Fahrzeugmotor, dessen Ausgangswelle mit der Schwungscheibe 1101 der Servokupplung 11 verbunden ist, markiert. Abtriebsseitig führt die Servokupplung 11 zu dem Getriebe 12.
Der Steuereinheit 13 wird das Signal R zugeführt, das als Ausgangssignal des vom Fahrer betätigbaren Wählhebels 14 anliegt. Das Signal R gibt dabei an, ob das Einlegen des Rückwärtsgangs gewünscht ist. Darüber hinaus liegt an der Steuereinheit 13 das Signal Ng an, das die Drehzahl eines dem Rückwärtsgang zugeordneten Zahnrades (Z1 in der Fig. 2) direkt oder indirekt angibt. Der Einfachheit halber wird als Getriebdrehzahl Ng in der Fig. 1 die Ausgangsdrehzahl der Servokupplung 11 durch den Drehzahlsensor 1107 dargestellt. Die Getriebedrehzahl kann aber auch im Getriebe selbst erfaßt werden.
Zur Ermittlung der Getriebeübersetzungen werden der Steuereinheit 13 im allgemeinen weitere Signale (beispielsweise die Motorlast und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit) zugeführt. Dies ist in der Fig. 1 nicht dargestellt.
Die Kupplung an sich ist in bekannter Weise mit einer Schwungscheibe 1101, einer Kupplungsscheibe 1110, einer Druckplatte 1111, einem Federelement (Tellerfeder) 1102 und dem Ausrücklager 1112 ausgestattet. Das Drehmoment, das von der Kupplung im schleifenden Betrieb übertragen wird, das Kupplungsmoment, ist unter anderem durch die Vorspannung der Tellerfeder 1102 gegeben. Die Vorspannung der Tellerfeder 1102 ist wiederum abhängig vom Einrückweg S des Kupplungsgestänges, das in diesem Ausführungsbeispiel als Zahnstange 1104 ausgebildet ist. Die Zahnstange 1104 wird durch die Ausgangswelle des Stellmotors 1105 betätigt.
Die Fig. 2 betrifft die Vorgänge im Getriebe 12 und in der Servokupplung 11, wobei im oberen Teil die dem Rückwärtsgang zugeordneten Zahnrädern Z1 und Z2 in verschiedenen einstellbaren Positionen und in zwei unterschiedlichen Schnitten zu sehen. Beispielhaft am Zahnrad Z1 ist mit dem Bezugzeichen A die Anschrägung und mit dem Bezugszeichen ZF die Zahnflanke angedeutet. Weiterhin ist die Getriebewelle GW und die Zwischenwelle ZW zu sehen. Die relative Position der beiden Zahnräder Z1 und Z2 geschieht durch eine Ansteuerung PR des mit dem Bezugszeichen 1201 gekennzeichneten Stellgliedes.
Im linken oberen Teil der Fig. 2 ist die Neutral-Position der Zahnräder Z1 und Z2 zu sehen (Ansteuersignal PRn des Stellgliedes 1201). Im mittleren und rechten oberen Teil der Fig. 2 sind die Mittel-Stellung (Ansteuersignal PRm des Stellgliedes 1201) und die Rückwärtsgang-Position (Ansteuersignal PRr des Stellgliedes 1201) gezeigt. In der Rückwärtsgang-Position ist der Rückwärtsgang vollständig eingelegt, die Zahnräder Z1 und Z2 greifen ineinander.
Im unteren Teil der Fig. 2 ist der zeitliche Ablauf der Stellung (1, 2) der Servokupplung, der Getriebedrehzahl (Ng), der Motordrehzahl (Nmot) und der Stellsignale (PR) zu sehen.
Bei laufendem Fahrzeugmotor wird zum Zeitpunkt t1 in der Neutral-Position (PRn) der Befehl R zum Einlegen des Rückwärtsgangs gegeben. In Reaktion auf das Signal R wird durch eine entsprechende Ansteuerung St der Servokupplung (wenigstens teilweises Schließen der Kupplung) kurz ein Kraftschluß realisiert. Die Kupplung geht also bei t1 von dem Zustand 1 (kein Kraftschluß) über zum Zustand 2 (Kraftschluß). Die Motordrehzahl Nmot sinkt dabei unwesentlich ab.
Der Kraftschluß der Kupplung wird so lange aufrechterhalten bis die Getriebedrehzahl Ng, beispielsweise die Drehzahl des Zahnrades Z1, den oberen Schwellwert SW1 zum Zeitpunkt t2 erreicht oder überschritten hat (Verlauf a). In dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t1 bis t2 wird das Zahnrad Z2 in die Mittelposition gerückt (Ansteuerung PRm). Dies kann aber auch erst zum Zeitpunkt t2 erfolgen. Die Kupplung wird derart angesteuert (Ansteuerung St), daß sie wieder den Zustand 1 (kein Kraftschluß) annimmt. Die Getriebedrehzahl Ng sinkt wegen der Trägheit des Getriebes ab bis sie zum Zeitpunkt t3 den unteren Schwellwert SW2 erreicht oder unterschritten hat (Verlauf a). Zum Zeitpunkt t3 rotiert die Getriebewelle GW noch mit der geringen Drehzahl SW2, so daß bei einem vollständigen Einlegen des Rückwärtsgangs (Ansteuerung PRr) zu diesem Zeitpunkt das Problem, daß die Zahnflanken ZF der Zahnräder Z1 und Z2 aufeinander zu stehen kommen und der Rückwärtsgang sich nicht einlegen läßt, nicht vorkommen kann. Durch die geringe Rotation gleiten die im Extremfall sich gegenüberstehenden Zahnflanken ZF der Zahnräder Z1 und Z2 aneinander ab, so daß der Rückwärtsgang eingelegt werden kann.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Zeitpunkte t2 und t3 durch Vergleiche der Getriebedrehzahl Ng mit den Schwellwerten SW1 und SW2 bestimmt. Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Zeitpunkte t2 und t3 zeitgesteuert zu wählen. Bei dieser Variante wird die Getriebedrehzahl nicht benötigt.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß in Reaktion auf den Befehl R (Einlegen des Rückwärtsgangs) der Kraftschluß an der Kupplung derart eingestellt wird, daß die Getriebdrehzahl auf den unteren Schwellwert SW2 eingestellt beziehungsweise geregelt wird (Verlauf b). Dies ist im unteren Teil des in der Fig. 2 gezeigten Ablaufs damit gekennzeichnet, daß die Kupplung bis zum Zeitpunkt t3 den Zustand 2 (Kraftschluß) annimmt. Bei dieser Variante kann das vollständige Einlegen des Rückwärtsgangs (PRr) in einem gewissen Drehzahlband erfolgen, ohne daß die Getriebedrehzahl Ng über einen Schwellwert SW2 geht wie bei der ersten Variante. Diese Ausgestaltung setzt allerdings voraus, daß die Drehzahl Ng schon bei relativ geringen Drehzahlen verläßlich vorhanden ist. Hierzu kann beispielsweise ein an sich bekannter Hall-Sensor zur Drehzahlerfassung verwendet werden.

Claims (10)

1. System zur Steuerung einer Servokupplung (11), die zwischen einem Fahrzeugmotor (10) und einem wenigstens einen einlegbaren Rückwärtsgang aufweisenden Getriebe (12) angeordnet ist, und zum Einlegen des Rückwärtsgangs wenigstens zwei rotierbare Getriebeteile (Z1, Z2) in einen ineinandergreifenden Zustand gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlegen des Rückwärtsgangs die Servokupplung (11) derart angesteuert wird, daß wenigstens eines der Getriebeteile (Z1, Z2) in eine Rotationsbewegung versetzt wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen und Schließen der Servokupplung (11) mittels eines Ein- und Ausrückens eines von Steuermitteln (13) gesteuerten ersten Stellgliedes (1105) geschieht, und das Getriebe (12) ein durch die Steuermittel (13) gesteuertes zweites Stellglied (1201) aufweist, mittels dem zur Einlegung eines Rückwärtsgangs als Getriebeteile wenigstens zwei rotierbare Zahnräder (Z1, Z2) in einen ineinandergreifenden Zustand gebracht werden, und die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß das erste Stellglied (1105) derart angesteuert wird, daß wenigstens eines der Zahnräder (Z1) kurz vor dem Ineinandergreifen der Zahnräder in eine Rotationsbewegung versetzt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung (11) derart ausgelegt ist, daß auf ein Signal (R), das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgangs repräsentiert, hin die Servokupplung (11) vor dem Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß auf ein Signal (R), das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgang repräsentiert, hin das erste Stellglied (1105) vor dem Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung (11) derart ausgelegt ist, daß nach dem wenigstens teilweisen Schließen der Kupplung in einem weiteren Schritt die Servokupplung im Sinne eines wenigstens teilweisen Öffnens der Kupplung angesteuert wird oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß nach dem wenigstens teilweisen Schließen der Kupplung in einem weiteren Schritt das erste Stellglied (1105) im Sinne eines wenigstens teilweisen Öffnens der Kupplung angesteuert wird.
5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung (11) abhängig von einer erfaßten Getriebedrehzahl (Ng), die insbesondere die Rotationsbewegung eines der Getriebeteile (Z1) repräsentiert, geschieht oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des ersten Stellgliedes (1105) abhängig von einer erfaßten Getriebedrehzahl (Ng), die insbesondere die Rotationsbewegung eines der Zahnräder (Z1) repräsentiert, geschieht.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung (11) zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren ersten Wert (Ng1) oder zum Erreichen eines vorgebbaren ersten Schwellwertes (SW1) geschieht oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des ersten Stellgliedes (1105) zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren ersten Wert (Ng1) oder zum Erreichen eines vorgebbaren ersten Schwellwertes (SW1) geschieht.
7. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung (11) im weiteren Schritt zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren zweiten Wert (Ng2) oder zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes (SW2) geschieht oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des Stellgliedes (1105) im weiteren Schritt zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren zweiten Wert (Ng2) oder zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes (SW2) geschieht.
8. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung und/oder die Ansteuerung der Servokupplung im weiteren Schritt zeitgesteuert geschieht oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des Stellgliedes (1105) oder die Ansteuerung des Stellgliedes (1105) im weiteren Schritt zeitgesteuert geschieht.
9. System nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung (11) zur Einstellung eines vorgebbaren, insbesondere geringen, Wertes (Ng3) der Getriebedrehzahl geschieht oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung der Servokupplung zur Einstellung eines vorgebbaren, insbesondere geringen, Wertes (Ng3) der Getriebedrehzahl geschieht.
10. System nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Ansteuerung der Servokupplung (11) zur Regelung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren, insbesondere geringen, dritten Wert (Ng3) geschieht oder
  • - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung der Servokupplung zur Regelung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren, insbesondere geringen, dritten Wert (Ng3) geschieht.
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